JP5421350B2 - 改良ソレノイドバルブを備えた吸気バルブの可変駆動システムを有する内燃エンジン、および同エンジン用ソレノイドバルブ - Google Patents

Description

本発明は、下記構成を備えたタイプの内燃エンジンに関する。
・燃焼チャンバ。
・前記燃焼チャンバに接続された、少なくとも１つの吸気通路および少なくとも１つの排気通路。
・前記吸気通路および前記排気通路に取り付けられた吸気バルブおよび排気バルブ。各バルブには、バルブを閉鎖位置に押し付ける個々の戻りバネが設けられる。
・個々のタペットを介して、吸気バルブを駆動するためのカムシャフト。
・各吸気バルブは、バルブのタペットに接続されたポンプピストンに面した加圧流体チャンバを含む流体圧手段によって、各タペットによって、各戻りバネの動作に抗して制御される。
・閉鎖状態と開放状態との間で制御可能なソレノイドバルブ。前記ソレノイドバルブは、吸気バルブをタペットから分離し、個々の戻りバネによって吸気バルブを迅速に閉鎖する目的で、前記加圧流体チャンバを排出チャネルと連通させる。
・１つ又はそれ以上のエンジン動作パラメータに従って、吸気バルブの開放時期、及び／又は閉鎖時期、及び／又は上昇を変化させるように前記ソレノイドバルブを制御するための電子制御手段。

前記ソレイドバルブは、下記構成を備える。
・円筒状の内部空洞を有するバルブ本体であって、前記加圧流体チャンバと連通する少なくとも１つの吸入開口が、前記本体を放射状に貫通し前記円筒状空洞と接続し、少なくとも１つの排出開口がバルブ本体の端部表面に接続する前記円筒状空洞の端部によって規定されるようにしたバルブ本体。
・前記バルブ本体、または前記バルブ本体に固定された環状エレメントに形成された弁座。前記弁座は、前記円筒空洞と同心の環状エッジによって規定される。
・前記弁座と共に動作する部分および、バルブ本体の前記円筒状空洞の内部において、第１位置と第２位置との間をスライド可能に搭載された円筒形本体を有するバルブエレメント（１０５）。第１位置では、前記部分が前記弁座と接触して、前記吸入開口と前記排出開口との連通を阻止する。第２位置では、前記部分が前記弁座から離れて、前記吸入開口と前記排出開口との連通を確立する。
・バルブエレメントを前記第１位置および前記第２位置の一方に向けて戻すためのバネ手段。バルブエレメントを他方の位置に向けて移動するように作動可能な電磁石。
・バルブの本体に搭載されたソレノイドを含む前記電磁石。ソレノイドによって制御され、バルブエレメントと連動する可動アンカー。
・該バルブエレメントの本体は、その外表面において、略円錐形状で互いに対向する円錐形を持つ第１および第２の表面部分を有する。両表面は、前記吸入開口から伝達される圧力に曝されており、それによってバルブエレメント（１０５）は流体圧的にバランスがとれている。

このタイプのエンジンは、出願人の欧州特許出願に係る文献EP-A-2 017 439に記載されている。

（先行技術）
本出願人は、長年、エンジンの吸気バルブの可変作動システムを備えた内燃エンジンを開発しており、「ＭＵＬＴＩＡＩＲ」の商標で販売している。出願人は、上述のタイプのシステムを備えたエンジンに関する様々な特許や特許出願を有している。

添付図面の図１は、本出願人の有する欧州特許EP 0 803 642 B1に記述されているように、「ＭＵＬＴＩＡＩＲ」システムを備えたエンジンの断面図を示している。

図１を参照して、図示したエンジンは、シリンダヘッド１を含む多気筒エンジン、例えば直列４気筒エンジンを示す。ヘッド１は、各シリンダごとに、ヘッド１のベース面３によって形成された空洞２を含む。空洞２は、燃焼チャンバを規定し、２つの吸気通路４、５および２つの排気通路６が接続される。２つの吸気通路４、５と燃焼チャンバ２との連通は、２つの吸気バルブ７によって制御される。吸気バルブ７は、従来のマッシュルーム型であり、それぞれヘッド１本体内にスライド可能に搭載されたステム８を備える。

各バルブ７は、ヘッド１の内側表面とバルブの端部保持キャップ１０との間に介在するバネ９によって、閉鎖位置に戻される。２つの排気通路６と燃焼チャンバとの連通も従来型の２つのバルブ７０によって制御され、バルブ７０には、閉鎖位置に戻すためのバネ９が取り付けられる。

各吸気バルブの開口は、以下に記述するように、カムシャフト１１によって制御される。カムシャフト１１は、ヘッド１の支持機構の内部にある軸１２周りに回転可能に搭載され、吸気バルブ７の駆動のための複数のカム１４を含む。

吸気バルブ７を制御する各カム１４は、タペット１６のプレート１５と共に動く。タペット１６は、軸１７に沿ってスライド可能に搭載されており、軸１７は、言及した従来技術文献で説明した例の場合、バルブ７の軸に対して約９０度に配向している。プレート１５は、取り付けられたばねによって、カム１４に当接しながら戻る。タペット１６は、予め組み立てられたアセンブリ２０の本体１９に保持されたブッシング１８内にスライド可能に搭載される。アセンブリ２０は、後述するように、吸気バルブの駆動に関連する全ての電気装置および流体圧装置を組み込んでいる。

ポンプピストン１６は、推力をバルブ７のステム８に伝達可能であり、ポンプピストン１６に面する圧力チャンパＣの中に存在する加圧流体（好ましくは、エンジン潤滑サーキットからの油）および、サブアセンブリ２０の本体に支持されたブッシング２２からなる円筒本体の中にスライド可能に搭載されたピストン２１を用いて、弾性手段９の動作に反してバルブの開放を行う。

更に図１に示す手法として、各吸気バルブ７と連結した加圧流体チャンバＣは、ソレノイドバルブ２４を通して排出チャネル２３と連通するように配置できる。ソレノイドバルブ２４は、ここで説明する機能に適合した公知のタイプのものでよく、例えば、アクセルの位置やエンジン回転数などのエンジンの動作パラメータを示す信号Ｓの関数として、符号２５で図示した電子的制御手段により制御される。

ソレノイドバルブ２４が開くと、チャンバＣはチャネル２３と連通し、よってチャンバＣ中に存在する加圧流体が該チャネルへ流入し、そして吸気バルブ７からカム１４のデカプリングおよびそれぞれのタペット１６のデカプリングが得られ、それによって吸気バルブ７は、戻りバネ９の動作の下で閉鎖位置に急速に戻るようになっている。従って、チャンバＣおよび排気チャネル２３の連通を制御することによって、各バルブ７の開放時間および行程(travel)を自在に変化させることができる。

種々のソレノイドバルブ２４の排出チャネル２３は、圧力アキュムレータ２７と連通した同じ長手方向のチャネル２６に接続される。これらのうちの１つだけが図１で観察できる。

ブッシング１８と関連した全てのタペット１６、ブッシング２２と関連したピストン２１、ソレノイドバルブ２４、および個々のチャネル２３、２６は、エンジン組み立ての速さと容易さという利点で、上述した予め組み立てられたアセンブリ２０の本体１９によって保持され確保される。

各シリンダと関連した排気バルブ７０は、図１に示した実施形態では、従来どおり、個々のタペット２９を介して個々のカムシャフト２８によって制御される。言及した従来技術文献の場合でも、排気バルブを制御する流体圧駆動システムの応用が一般には排除されていない。

更に図１を参照すると、ブッシング２２の内部に規定され、ピストン２１に面した可変容量チャンバ（図１ではその最小容量状態を示しており、ピストン２１がその上端停止位置にある）は、ブッシング２２の端壁に形成された開口３０を介して加圧流体チャンバＣと連通している。こうした開口３０は、ピストン２１の突端３１(end nose)と係合しており、バルブが閉鎖位置に接近している閉鎖中の段階においてバルブ７の動作の流体圧制動を提供する。可変容量チャンバ内の油が、突端３１とそれと係合する開口壁３０との間に存在する隙間を通って加圧流体チャンバＣの中に強制的に流れ込むためである。開口３０による連通に加えて、加圧流体チャンバＣおよびピストン２１の可変容量チャンバは、ピストン２１の本体内に確保され、逆止弁３２により制御された内部流路を介して互いに連通する。逆止弁３２は、加圧チャンバＣからピストン２１の可変容量チャンバへの流体の通過のみを許容する。

図１に示した公知のエンジンの通常動作の際、ソレノイドバルブ２４が加圧流体チャンバＣと排出チャネル２３との連通を排除している場合、前記チャンバ内に存在する油は、カム１４によって与えられたポンプピストンの動きを、バルブ７の開口を制御するピストン２１に伝達する。バルブの開放動作の最初の段階において、チャンバＣから来る流体は、逆止弁３２を通過し、ピストン２１の管状の内部空洞に位置し可変容量チャンバと連通する追加の流路を通過して、ピストン２１の可変容量チャンバへ達する。ピストン２１の最初の変位後、突端３１は開口３０から出る。それに従って、チャンバＣから来た流体は、開口３０を通って可変容量チャンバへの中に直接に入り込むことができ、そしてフリーになる。

前述のようにバルブを閉鎖する反対の動作において、最終段階、例えば、ソレノイドバルブ２４を開放し、バルブ７が閉鎖位置へ即座に復帰した後に、突端３１が開口３０へ入り、バルブの流体圧制動を生じさせ、バルブ本体の弁座への衝撃を回避している。

上述したシステムにおいて、ソレノイドバルブが有効な場合、エンジンのバルブはカムの動作に追従する（フルリフト）。ソレノイドバルブを無効（開放）にすることによって、流体圧チャンバが空になり、各戻りバネの動作に従ってエンジンのバルブ閉鎖が達成され、バルブの早期の閉鎖が得られる。同様に、ソレノイドバルブの開放を遅延させることによって、バルブの遅延開放が得られる。一方、関連するカムが推進している間にソレノイドバルブを有効化および無効化することによって、バルブの遅延開放と早期開放との組合せが得られる。本出願人の欧州特許出願EP 1 726 790 A1の教示に従う代替手段によれば、各吸気バルブが、「マルチリフト」モード、すなわち、２回以上繰り返される開放および閉鎖の「サブサイクル」によって制御可能である。各サブサイクルにおいて、吸気バルブは開放し、そして完全に閉鎖する。電子制御ユニットは、１つ又はそれ以上のエンジン動作パラメータの関数として、吸気バルブの開放瞬間および／または閉鎖瞬間および／または上昇についての変化を得ることができる。このことによって、いかなる動作状況下においても、エンジンの効率を最大にし、燃料消費を低減できる。

添付図面の図２および図３は、ＭＵＬＴＩＡＩＲシステムにおいて使用されている公知のソレノイドバルブ（EP-A-2 017 439に記載）の態様および概略図を示している。

図２を参照して、全体を参照番号１００で示すソレノイドバルブは、４つの放射状流路１０２（図ではそのうち２つが見える）を持つ略管状の本体１０１を備え、流路１０２は、管状本体１０１の内部空間１０１ａと接続される。リング１０３は、その端部エッジとともに、バルブエレメント１０５に対する弁座１０４を規定しており、こうした空間内に搭載される。バルブエレメント１０５は、吸入口ｉ（エンジンのバルブを駆動するシステムの加圧流体チャンバと連通する）と連通する４つの流路１０２と、本体１０１の内部空洞の排出口端部１０６との間の連通を制御することを意図しており、排出口端部１０６は、排出チャネルと連通する排出口ｕを構成する。

バルブエレメント１０５は、筒状本体を有し、通常は、吸入口ｉと排出口ｕとの間の開放状態に対応した上昇端停止位置（図２に示される）に、バルブエレメント１０５と、バルブ本体に固定されたサポートディスク１０８との間に介在する螺旋バネ１０７によって維持されている。上述の上昇端停止位置において、バルブエレメントは、ブッシング１０９の端部に当接しており、ブッシング１０９は、ブッシング１０１の空間の上端に固定された筒状本体１１０間の固定位置にロックされる。磁気回路の一部を含む筒状本体１１０は、筒状本体１０１から軸方向に突き出た部分を有し、その周りにソレノイドバルブのソレノイド１１１が搭載される。ソレノイドは、４つの軸方向溝１１２ａ（図ではそのうち２つのみを示す）を備えた略円筒形本体を有する可動アンカー１１２の動きを制御する。磁気回路は、磁心１２０（すなわち、ソレノイド１１１を収納する金属体）および本体１０１の上側部分によって完成する。推進エレメント１１３は、管状ロッドの形状をなし、筒状本体１１０およびブッシング１０９によって設けられ、その下端部は、通常、螺旋バネ１１４によってバルブエレメント１０５と接触した状態に維持される。螺旋バネ１１４は、軸方向に、可動アンカー１１２と、および、周りにコイル１１１が嵌め込まれたキャップ１１８（筒状本体１１０に固定される）と一体になったカバー１１５との間に介在すしており、可動アンカー１１２と接続される。

前述の構造は、図３に例示するように、バネ１０７は、通常、バルブを開放状態に維持し、バルブエレメント１０５を押して、その上昇端停止位置においてブッシング１０９の端部に当接させ、バルブエレメント１０５は弁座１０４から距離Ｈだけ離れている。同時に、バネ１１４は、通常、推力エレメント１１３が連結した可動アンカー１１２を、推力エレメント１１３とバルブエレメント１０５との接触位置に維持する。このような状態において、図２で見えるように、可動アンカー１１２および筒状本体１１０は、互いに僅かに離れた対向端面を有する。ソレノイド１１１が励磁されると、バネ１０７の動作に反して、バルブエレメント１０５と弁座１０４とが接触するまで可動アンカーが下降し、そして、吸入口ｉおよび排出口ｕの間の連通を確実に閉鎖する。このような動きは、静止状態において可動アンカー１１２および筒状体１１０の対向面の間に存在する空間によって可能になる。

更に図２を参照すると、バネ１１６がリング１０３と封止リング１１７との間に介在している。リング１０３は筒状本体１０１に固定され、弁座を規定する。また、封止リング１１７は、バルブエレメント１０５の周りに配設され、筒状本体１１０の下端表面に保持され固定される。従って、バネ１１６は、バルブエレメント１０５または可動アンカー１１２の動きによる影響を受けない。

添付図面の図４は、図２に示すタイプのソレノイドバルブの詳細を具体的に示している。この図において、図３と同じ参照番号を使用しており、バルブエレメント１０５の詳細が図示されている。バルブエレメント１０５は、円筒形空間１０６と同軸で、バルブの本体１０１に固定されたリング１０３上に形成された環状エッジ１０４によって規定された弁座と共に動作する。図４はまた、封止リング１１７の具体的な実施形態を示している。封止リング１１７は、プラスチック材料で製作され、バネ１１６によってエレメント１１０の端部に接触する位置に保持され、バルブエレメント１０５の外表面とスライド接触する内側エッジを有する。

図４のバルブエレメント１０５の外表面には、第１円錐部Ｃ１および第２円錐部Ｃ２がある。第１円錐部Ｃ１は、バルブエレメント１０５の端部を含み、弁座１０４と共に動作する。第２円錐部Ｃ２は、Ｃ１に対し反対向きの円錐形をしており、円錐部の端に行くにつれ直径が小さくなり、バルブエレメント１０５上部の円筒形表面に接続し、封止リング１１７内側エッジとスライド接触をする。円錐部Ｃ１の外径は、弁座を構成する環状エッジ１０４の直径（図４ＡではＤ２で示す）よりも大きい。図４Ａにおいて、バルブエレメント１０５の円筒外表面とスライド接触をするリング１１７の環状内側エッジの直径は、Ｄ１で示している。

このような公知の手法では、２つのパラメータＤ１およびＤ２は、互いに実質上同じであることが理想的である。このような状態において、円錐表面Ｃ１，Ｃ２は、両方とも吸入開口１０２によって連通した流体圧力に曝されているため、バルブエレメント１０５は流体圧力的にバランスさせることができ、即ち、ソレノイド１１１およびバネ１０７，１１４によって発生する力に支配されるだけになる。換言すると、ソレノイド１１１が、閉鎖位置に向かうバルブエレメント１０５の動作を制御する場合、バネ１０７，１１４に起因する力および、バルブエレメント１０５と、プラスチック材料で形成された封止リング１１７との間の摩擦に打ち勝つことが要求されるだけである。

前述のソレノイドにおいて、ソレノイドバルブの動作は、ソレノイドバルブの総動作寿命の間は厳密に一定であり続けるが、実質的に次のような理由による。

なによりもまず、プラスチック材料で形成された封止リング１１７は、摩擦力を引き起こす。この摩擦力は、予測不可能な値であり、とりわけ、ソレノイドバルブの総動作寿命の間変動する。これらはいずれも、流体の温度変化（封止リング１１７の弾性を決定する）および、リング１１７が受ける磨耗に起因する。このような摩擦力の変動は、ソレノイドバルブの種々の挙動に反映される。前述のタイプのシステムにおいては、エンジンの吸入バルブが、常に正確かつ所定の方法によって制御されるのを確保するためには、むしろ、ソレノイドバルブが常に同じ動作特性を維持することが必須である。

もう１つの不具合は、プラスチック材料で形成されたリング１１７によって得られる封止性に関するもので、漏出量が変動することにあり、これは如何しても影響する。こうした漏出量は、流体の温度条件（ひいては、その粘度）、および、プラスチック材料で形成されたリングの磨耗状態の両方に強く依存する。実際、動作の際、後者は、エレメント１０５の表面に沿って広がる傾向があり、結果として破損のリスクをもたらし、リング１１７に対して作用する高い圧力に起因して、大幅かつ予想不可能な漏出量の増加につながることになる。

さらに、前述の構造および配置は、ソレノイドバルブの種々の要素の設計公差連鎖(design tolerance chain)に起因して、エレメント１０５（および個々の封止表面Ｃ１）の軸と、エレメント１０３によって得られる弁座１０４の軸との間の不完全な同軸性を生じさせることがある。たとえ、場合によっては、エレメント１０５と個々のガイド１１０との間の放射状隙間によって部分的に補償されるとしても、この非同軸性は、エレメント１０５の静的不確定の状態に導くことがある。そのため、もはや弁座１０４とは完全に連結できず、この連結の流体封止機能を損なうことになる。この問題は、たとえ表面Ｃ１が球状キャップの形状を有するように製作されていても存続する。高価になるが、この手法によって表面Ｃ１は、弁座１０４に対して部分的な自己センタリングを行うが、エレメント１０５の軸とエレメント１０３の軸との間の相違が所定の値を上回る場合、問題を解決するのに充分ではない。

しかし、バルブの動作原理により、流体がエレメント１０５に作用する圧力は、軸方向の合計で実質的にゼロとなる（バランスしたバルブエレメント）。特に、図４Ａに示すように、直径の値Ｄ１，Ｄ２が一致する場合に、このような状態が起こる。

閉鎖位置（ソレノイドが有効である場合に対応する）にある場合のバルブエレメント１０５について検討する。バルブエレメント１０５をこの位置に維持するために、電磁石は、バネ１０７が作用する力、および、直径Ｄ２，Ｄ１間で規定される表面において、吸入開口１０２から連通する流体圧力に支配される圧力の合計を打ち勝つことが必要である。明らかなように、直径Ｄ２が直径Ｄ１よりも大きい場合、全体圧力はバネ１０７に対抗し、それ故電磁石の動作は促進される。しかし、これによって、ソレノイドの励起が終わった場合、バルブの開放遅延が生ずる（極端な場合、Ｄ２がＤ１よりも大幅に大きい場合、ソレノイドの励起が終わっても封止エレメント１０５が上昇せず、流れが遮断されてしまう）。反対に、直径Ｄ２が直径Ｄ１よりも小さい場合、全体圧力はバネ１０７の動作に対応し、それ故電磁石の動作に対抗する。この場合、ソレノイドの励起が終わるとバルブが早期開放が生ずる。しかし、Ｄ２がＤ１よりも大幅に小さいといった極端な場合、電磁石の力がバルブエレメント１０５を閉鎖位置に位置決めするのに不十分であろう。

バルブの寿命の間、表面１０４の不可避な消耗に起因して、直径Ｄ２は大きくなる傾向にあり、これが前述のような問題につながることがある。図２に示す既知の手法においては、エレメント１０３を特に硬質材料で形成することによって対処している。しかしながら、前記リングの組み立てや検査は不利益となることがあり、圧力嵌めによるその位置決めは表面１０４の歪みをもたらすことがあり、しかしながら、このようなことがリング１０３をバルブ本体１０１の内部に位置決めする前に起こる。

最後に、吸気バルブを個々のタペットから迅速に切り離して、そして個々の戻りバネによって吸気バルブを迅速に閉鎖するように、ソレノイドバルブ２４の介在時間を減少させるためには、前記ソレノイドバルブ２４の最大流量を増加させる必要が生じる。エレメント１０５が許容される最大限の上昇と関連する封止直径Ｄ１（≒Ｄ２）は、エレメント１０５と、対応する弁座１０４との間の流体の流路表面を規定し、よってソレノイドバルブ２４を横断できる最大流量の観点でソレノイドバルブの性能を規定する。最大上昇が電磁石によって規定されるならば、ソレノイドバルブの性能が増加するためには、影響を及ぼす唯一のパラメータは封止直径Ｄ１（≒Ｄ２）である。一方、吸入開口１０２から流入する最大圧力が同じ値であることを考慮すると、封止直径Ｄ１（≒Ｄ２）が増加に伴って、前述した流体圧のアンバランスの増加が比例して起こり、それ故、バルブの機能不良の確率が高くなる。

（発明の目的）
本発明の目的は、本発明の冒頭で示したタイプの吸気バルブの可変駆動のためのシステムを備えたエンジン用の改良ソレノイドバルブを提供することであり、これによりソレノイドバルブの総動作寿命を通じて正確で信頼性があり、均等な動作を確保している。さらに本発明の目的は、先行技術に係るソレノイドバルブの性能を流量の観点で改善することである。

また、本発明の他の目的は、比較的簡単で安価な構造を有するソレノイドバルブを用いて、そのような問題を解決することである。

（発明の概要）
こうした目的を達成するために、本発明は、本明細書の冒頭に示した特徴を有するエンジンを提供することを狙いとし、エンジンは更に次のような特徴を有する。
・前記バルブエレメントの本体は、前記バルブ本体の円筒形空洞の内部にスライド可能に直接搭載され、封止リングを使用しない。
・バルブエレメント本体の前記第１のおよび第２の円錐表面部は、バルブエレメント本体の円筒形外表面に形成される円周溝の、軸方向の対向端部によって規定される。前記円錐表面部の一方は、弁座と共に動作するバルブエレメントの上述した部分を構成する。他方の円錐表面部は、弁座を規定する前記環状エッジの直径とほぼ一致する外径を有する。

上述の特徴によって、一方では、公知の手法で提供されていた、封止リングで発生する摩擦力の変動性から派生する不確定要素を取り除くという利点が得られる。他方では、ソレノイドバルブの総動作寿命を通じてバルブエレメントの静的不確定という上述した問題に起因した非閉鎖というリスクを取り除くことができる。前述のように、図２や図４に示した公知のソレノイドバルブの場合、バルブエレメントは、バルブ本体１０１に固定された分離エレメント（図２のエレメント１１０）の内部にスライド可能に搭載されている。本発明の場合、バルブエレメントは、バルブ本体の円筒形空洞の内部にスライド可能に直接搭載され、それ故、ソレノイドバルブの様々な要素の設計公差連鎖に起因した不正確可能性を低減できる。

封止リングの除去により、そこから発生する摩擦力の予測不可能性や変動性に起因した前述の不具合を克服する。本発明に係るソレノイドバルブにおいて、封止性は、「ダイナミック」封止、即ち、バルブエレメントとバルブ本体の円筒形空洞との間に存在する隙間を所定の最小値まで単に低減することによって得られる。さらに、バルブエレメントがバルブ本体の空洞内部にスライド可能に搭載されていること、およびバルブエレメントの外表面の２つの円錐表面部分が、バルブエレメントの外表面に設けられた円周溝の、軸方向の対向端部によって規定されることによって、このような円錐表面部を単一の機械加工作業（研磨）によって提供でき、また、互いに連結されるエレメントの軸間の誤差をもたらす製造誤差のリスクを最小限に低減できる。

さらに、バルブエレメントと個々の弁座（Ｄ２）との連結によって規定される封止直径が磨耗によって増加する傾向を克服するために、本発明の場合でも、特に硬質材料で形成されたリングに封止弁座を設けることが可能である（こうした目的で熱処理を施してもよい）。しかしながら、上述の公知技術と比べて、本発明における前記リングの位置は単純化されていることが言えよう。

さらに、後で詳細に判るように、本発明の場合、弁座表面と、バルブエレメントがスライド可能に搭載された円筒形表面とを、同じ機械加工作業によって同時に提供できる可能性により、弁座の真円度および、バルブエレメントがスライド可能に搭載される円筒形表面との同心性を確保できる。

したがって、本発明による手法では、ソレノイドバルブの総動作寿命を通じてソレノイドバルブの変動特性の可能性のある全ての原因が減少し除去される。本発明によるソレノイドバルブはまた、簡単で安価に製造できる。それによって、封止直径Ｄ１，Ｄ２、即ち、ソレノイドバルブの性能を増加できる。

別個に考えると、前述のソレノイドバルブはまた、本発明の１つの装置を形成する。

本発明の更なる特徴および利点は、添付の図面の参照に従った記述から明らかとなるが、添付の図面は単なる非限定的な例に過ぎない。

前述のように、本出願人の欧州特許出願に係る文献EP-A-2 017 439に記載されているタイプの、先行技術についての内燃エンジンの断面図である。 前述のように、本出願人の欧州特許出願に係る文献EP-A-2 017 439に記載されているタイプの、先行技術についてのソレノイドバルブの断面図である。 同様に上述のように、図２のソレノイドバルブの概略図である。 上述のように、先行技術の一部の具体的な実施形態における、図２のソレノイドバルブの詳細拡大図である。 同様に上述のように、図４の詳細拡大図を示す。 通常開放タイプの、本発明に係るソレノイドバルブの第１実施形態を示す。 通常開放タイプの、本発明に係るソレノイドバルブの第２実施形態を示す。 通常閉鎖タイプの、本発明に係るソレノイドバルブのその他の実施形態を示す。

本発明は、エンジンの吸気バルブの可変動作のためのＭＵＬＴＩＡＩＲシステムを有する上述のタイプの内燃エンジンであって、前述の新たな特徴を有するソレノイドバルブを備える内燃エンジンを提供することを目的とする。

本発明はまた、内燃エンジンの吸気バルブの可変動作のためのＭＵＬＴＩＡＩＲシステム、または、２ウェイ（１つの吸入口と１つの排出口）ソレノイドバルブの応用および、ソレノイドバルブの総動作寿命を通じて正確かつ一定な動作特性が有用となり得る他のシステムに用いるのに適切な、別個に考えられるこうしたソレノイドバルブを提供することを目的とする。

添付図面の図１〜図４については、既に述べている。図５〜図７において、図２〜図４のものと対応する部分は、同じ参照番号を用いて示している。

図５は、本発明に係るソレノイドバルブの第１実施形態を示す。この図を参照すると、上述の公知の手法と比べて第１に考慮すべき相違点は、バルブエレメント１０５がバルブの円筒形空洞１０１ａの内部にスライド可能に直接搭載されており、図２のエレメント１１０のように、このような空洞内に搭載されたエレメントが介在していないという点である。

図２に示す公知の手法と比べて第２に考慮すべき相違点は、バルブエレメント１０５の本体が、図２および図４のリング１１７のタイプの封止リングを設置することなく、空洞１０１ａ内部にスライド可能に搭載されているという点である。封止リングの排除は、ダイナミック封止が適用された、即ち、バルブエレメント１０５とバルブ本体の円筒形空洞１０１ａとの間の隙間を最小限に低減したことによって可能になる。

図２に示す公知の手法と比べて、本発明のソレノイドバルブのさらに考慮すべき相違点は、この場合、バルブエレメント１０５の２つの円錐表面部Ｃ１，Ｃ２は、本体１０５の円筒形外表面に形成された円周溝Ｎの対向端部によって規定されることである。図５に示す手法においては、上側の円錐表面部Ｃ１は、円筒形空洞１０１ａに隣接し、本体１０１内部に設けられた位置に規定された弁座１０４と共に動作する。

また、図５の場合において、バネ１０７がバルブエレメント１０５を開放位置に維持しており、その場合、円錐表面部Ｃ１は弁座１０４から離れている。ソレノイド１１１が有効になると、可動アンカー１１２がエレメント１１０に対して下向きに移動し、ステム１１３を移動して、バルブエレメント１０５を閉鎖位置に向けて押す。閉鎖位置において、円錐表面部Ｃ１は弁座１０４と接触する。

明らかなように、円錐表面部Ｃ１，Ｃ２の双方は、吸入開口１０２から連通する流体圧に曝される。従って、円錐表面部Ｃ２の外径が、弁座１０４を規定する環状エッジの直径と同一である場合、バルブエレメント１０５は完全にバランスして、ソレノイドは、バネ１０７，１１８の合計の力に打ち勝つことが要求されるだけである（エレメント１０５，１０１ａのダイナミック封止を規定する円筒形表面の間には最小の摩擦成分が存在する。図２の手法の弾性リング１１７に関して発生するものとは対照的である。この場合、バルブの寿命を通じて摩擦成分はより小さく安定している）。

前述したバルブエレメント１０５の構造に起因して、円錐表面部Ｃ１，Ｃ２は、単一の機械加工作業によって得られ、これにより円周溝Ｎが形成される。このことは、機械加工精度を容易に確保して、バルブエレメントのバランス状態を確保している。

図５を参照すると、バルブエレメントがその開放位置にある場合（図に示す）、吸入口１０２から来る加圧流体は、円周溝Ｎによって規定されるチャンバを通って、エレメント１１０の端面で得られる流路１１０ａ，１１０ｂを通って、そして、開口１０５ａを通って排出口１０６に到達する。開口１０５ａは、バルブエレメント１０５の上端に設けられ、バルブエレメント１０５本体の内部円筒形空洞に接続される。内部円筒形空洞は、その下端部においてソレノイドバルブの排出口１０６と接続される。

上述のように、図５のソレノイドバルブの特有の配置および構造によって、弁座１０４に対する可動エレメント１０５の完全な閉鎖および封止状態が確保される。プラスチック材料で形成された封止リングの排除により、バルブエレメントについてこうした封止リングによって発生する摩擦力、および、とりわけ、磨耗に起因した経時的なこうした摩擦力の変動の予測不可能性に関連する不具合が克服される。また、封止リングの排除により、ソレノイドバルブの動作の安定性および頑丈さの利点に対する漏出増加のリスクを排除している。

従って、本発明に係るソレノイドバルブにおいて、その総動作寿命を通じてソレノイドバルブの動作均一性が確保される。これは、エンジンの吸気バルブの開放時期および閉鎖時期を正確かつ所定の方法で制御することを目的とした、本発明に係るエンジンの本質的な特徴である。

図６は、本発明のソレノイドバルブの第２実施形態を示し、ここでは、バルブエレメント１０５は、前方部においてソレノイド１１１の端部に面した円盤状の可動アンカー１１２と直接接続している。ソレノイド１１１は、バルブ本体１０１の拡大端部に封止リング１１１ｂの介在によって固定された円筒ケーシング１１１ａの内部に搭載された環状部材によって支持されている。この場合、バルブエレメント１０５が可動アンカー１１２と直接接続していることを考慮すると、推進エレメント１１３は設けられておらず、それゆえ、そこに連結するバネ１１８も排除されている。代わりに、ここではソレノイド１１１を支持する本体の空洞内部に収納され、バルブエレメント１０５を下向きに移動させようとする（図６参照）バネ１０７が設けられる。そのため、この場合、弁座１０４と共に動作する円錐表面部Ｃ１は、円周溝Ｎの下端（図を参照）に形成されたものである。実際、ソレノイドバルブは、図６に見られるように、通常は開放しており、ソレノイドの励起が終わると、ソレノイドバルブの開放状態になる。このとき、円錐表面部Ｃ１は弁座１０４から離れており、吸入口１０２は、バルブ本体１０１の内部円筒形空洞１０１ａの下端に形成された排出口１０６と直接連通する。

図２の公知の手法において、電磁石はドライ環境にあり、即ち、流体から隔離されている。このことは、コストを要し、ソレノイド１１１の巻線の効率低下をもたらす。可動アンカー１１２とコア１２０の間に放射状の隙間が必然的に設けられることにより、ソレノイドの効率損失を引き起こすからである。図６の手法では、代わりに、非磁性の隙間は、可動アンカー１１２と、対向するソレノイド１１１の端面との間の軸方向距離に対応したものだけであり、ゆえに、ソレノイドが生成した磁場をより効率的に利用することができる。

図７の実施形態は、図６の実施形態と同様に、バルブエレメント１０５が可動アンカー１１２と直接接続された配置である。こうした可動アンカー１１２は、ソレノイド１１１およびコア１２０の下端表面に面する円盤形状である。図６の手法との相違点は、図７のソレノイドバルブは、ノーマルクローズタイプである点である。

この場合、弁座１０４は、本体１０１内部に位置決めされたリング１０３に設けられる。該リングを挿入する目的は、弁座１０４の材料と、円筒本体１０１の材料とを異ならせる可能性があることである。この手法によって、電磁的特性（円筒本体１０１は磁気回路の一部である）に依存する円筒本体１０１の材料の最適化が可能になるとともに、これによりリング１０３の材料の最適化が可能になり、エレメント１０５と接触することを考慮すると、特に磨耗耐性がある硬質材料を選択できる（実際、良好な強磁性特性を持つ材料は、通常は磨耗耐性が乏しい）。

本体１０１の中にリング１０３を圧力嵌めした後、リング１０３および管状本体１０１のアセンブリは、リング１０３で規定される弁座１０４と円筒形表面１０１ａとの同心性が確保されるように（即ち、直径Ｄ１≒Ｄ２となるように）研磨が可能である。

従って、バルブ本体１０１と同時に機械加工される硬質材料製のリング１０３における表面１０４の位置決めにより、動的なバランスおよび直径Ｄ１≒Ｄ２の一致が確保される。

従って、リング１０３で規定される弁座１０４と共に動作する円錐表面部Ｃ１は、円周溝Ｎの上端に形成されたものである。それ故、バネ１０７は、通常、円錐表面部Ｃ１を弁座１０４に接触するように維持するとともに、ソレノイド１１１の励磁により、可動アンカーの上昇１１２（図を参照）およびソレノイドバルブの開放を生じさせる。こうした開放状態において、吸入開口１０２から来た加圧流体は、溝Ｎで規定される円周チャンバの中を通り、可動エレメント１０５の周囲および上方に形成された流路１１０ａ，１１０ｂを通り、バルブエレメント１０５の上端に形成された軸方向の流路１０５ａを通って排出開口１０６に到達する。

また、図６および図７の実施形態の場合、流体圧学的にバランスの取れたバルブエレメントが得られ、その動作がソレノイドバルブの寿命期間の変動に影響されないというより高い利点が維持される。

明らかに、本発明の原理に対する先入観なしに、説明および図示したものに関して、本発明の保護範囲から逸脱することなく、構成ま詳細や実施形態については幅広く変更してもよい。特に、リング１０３中に設けられる弁座１０４は、図５および図６に示す図面にも適用できる。

さらに、ここで説明した内容は、弁座１０４と係合するエレメント１０５の表面が球状キャップを有し、弁座１０４が円錐台形状である場合であっても適用される。

Claims (14)

1. ・燃焼チャンバと、
   ・前記燃焼チャンバに接続された、少なくとも１つの吸気通路（４）および少なくとも１つの排気通路（６）と、
   ・前記吸気通路（４）および前記排気通路（６）に取り付けられた吸気バルブ（７）および排気バルブ（７０）であって、バルブを閉鎖位置へ押す個々の戻りバネ（９）がそれぞれ設けられた吸気バルブ（７）および排気バルブ（７０）と、
   ・個々のタペット（１５）を介して、吸気バルブ（７）を駆動させるためのカムシャフト（１１）とを備え、
   ・各吸気バルブ（７）は、バルブのタペット（１５）に接続するポンプピストン（１６）に面した加圧流体チャンバ（Ｃ）を含む流体圧手段によって、各タペット（１５）によって前記戻りバネ（９）の動作に抗して制御されるようにした内燃エンジンであって、
   前記内燃エンジンは、
   ・閉鎖状態と開放状態との間で制御可能なソレノイドバルブ（２４）であって、吸気バルブをタペット（１５）から分離し、個々の戻りバネ（９）によって吸気バルブを迅速に閉鎖させる目的で、前記加圧流体チャンバ（Ｃ）を排出チャネル（２３）と連通させるソレノイドバルブ（２４）と、
   ・１つ又はそれ以上のエンジン動作パラメータに従って、吸気バルブの開放時期、及び／又は閉鎖時期、及び／又は上昇を変化させるように前記ソレノイドバルブ（２４）を制御するための電子制御手段（２５）と、をさらに備え、
   前記ソレイドバルブ（２４）は、
   ・円筒状の内部空洞（１０１ａ）を有するバルブ本体（１０１）であって、前記加圧流体チャンバ（Ｃ）と連通する少なくとも１つの吸入開口（１０２）が、前記本体（１０１）を放射状に貫通し前記円筒状空洞（１０１ａ）と接続し、少なくとも１つの排出開口（１０６）がバルブ本体（１０１）の端部表面に接続する前記円筒状空洞（１０１ａ）の端部によって規定されるようにしたバルブ本体（１０１）と、
   ・前記バルブ本体（１０１）、または前記バルブ本体に固定された環状エレメント（１０３）に形成された弁座（１０４）であって、前記円筒形空洞と同心の環状エッジによって規定される弁座（１０４）と、
   ・前記弁座（１０４）と共に動作する部分（１０５ａ）および、バルブ本体（１０１）の前記円筒状空洞（１０１ａ）の内部において、第１位置と第２位置との間をスライド可能に搭載された円筒形本体を有するバルブエレメント（１０５）であって、第１位置では、前記部分（１０５ａ）が前記弁座（１０４）と接触して、前記吸入開口（１０２）と前記排出開口（１０６）との連通を阻止し、第２位置では、前記部分（１０５ａ）が前記弁座（１０４）から離れて、前記吸入開口（１０２）と前記排出開口（１０６）との連通を確立するようにしたバルブエレメント（１０５）と、
   ・バルブエレメント（１０５）を前記第１位置および前記第２位置の一方に向けて戻すためのバネ手段（１０７）と、バルブエレメント（１０５）を他方の位置に向けて移動するように作動可能な電磁石と、
   ・バルブの本体（１０１）に搭載されたソレノイド（１１１）を含む前記電磁石と、ソレノイドによって制御され、バルブエレメント（１０５）と連動する可動アンカー（１１２）と、を備え、
   ・該バルブエレメント（１０５）の本体は、その外表面において、略円錐形状で互いに対向する円錐形を持つ第１および第２の表面部分（Ｃ１、Ｃ２）を有し、両方の表面部分は前記吸入開口から伝達される圧力に曝されており、それによってバルブエレメント（１０５）は流体圧的にバランスがとれており、即ち、前記ソレノイドおよび前記弾性手段（１０７）の動作に影響されるだけであり、
   ・前記バルブエレメント（１０５）の本体は、封止リングを使用することなく、前記バルブ本体の円筒形空洞（１０１ａ）の内部にスライド可能に直接搭載されており、
   ・バルブエレメント（１０５）本体の前記第１および第２の表面部分は、バルブエレメント（１０５）本体の円筒形外表面に形成された円周溝の、軸方向の対向端部によって規定され、前記円錐表面部の一方（Ｃ１）は、弁座（１０４）と共に動作するバルブエレメント（１０５）の前記部分を構成し、他方の円錐表面部（Ｃ２）は、弁座（１０４）を規定する前記環状エッジの直径とほぼ一致する外径を有することを特徴とする、内燃エンジン。
2. 前記バネ手段（１０７）は、バルブエレメント（１０５）を、その通常開放位置に向けて押すことを特徴とする請求項１記載のエンジン。
3. 前記電磁石の可動アンカー（１１２）には、バルブエレメント（１０５）から分離して、前記バネ手段（１０７）の動作に抗してバルブエレメント（１０５）を閉鎖位置に押すための推進エレメント（１１３）が設けられることを特徴とする請求項２記載のエンジン。
4. 前記バルブエレメント（１０５）は、前記可動アンカー（１１２）と剛性接続され、
   前記可動アンカー（１１２）は、その前部で前記ソレノイド（１１１）の端部に面する円盤形状であることを特徴とする請求項２記載のエンジン。
5. 前記バネ手段（１０７）は、バルブエレメント（１０５）をその閉鎖位置に向けて押しており、
   前記バルブエレメント（１０５）は、前記可動アンカー（１１２）と剛性接続され、
   前記可動アンカー（１１２）は、その前部で前記ソレノイド（１１１）の端部に面する円盤形状であることを特徴とする請求項１記載のエンジン。
6. 前記弁座（１０４）は、バルブ本体（１０１）と剛性接続したリング（１０３）に設けられ、前記リングは硬質材料によって形成され、前記本体（１０１）は高透磁率材料によって形成されることを特徴とする請求項１記載のエンジン。
7. 前記リング（１０３）は、圧力嵌めまたは溶接によってバルブ本体（１０１）と剛性接続され、
   リング（１０３）およびバルブ本体（１０１）のアセンブリは、弁座（１０４）と、バルブエレメントがスライド可能に搭載されたバルブ本体の内部表面（１０１ａ）との間の同心性を確保するように同時に研磨されていることを特徴とする請求項６記載のエンジン。
8. ・円筒状の内部空洞（１０１ａ）を有するバルブ本体（１０１）であって、前記加圧流体チャンバ（Ｃ）と連通する少なくとも１つの吸入開口（１０２）が、前記本体（１０１）を放射状に貫通し前記円筒状空洞（１０１ａ）と接続し、少なくとも１つの排出開口（１０６）が、バルブ本体（１０１）の端部表面に接続する前記円筒状空洞（１０１ａ）の端部によって規定されるようにしたバルブ本体（１０１）と、
   ・前記バルブ本体（１０１）、または前記バルブ本体に固定された環状エレメント（１０３）に形成された弁座（１０４）であって、前記円筒形空洞と同心の環状エッジによって規定される前記弁座（１０４）と、
   ・前記弁座（１０４）と共に動作する部分（１０５ａ）および、バルブ本体（１０１）の前記円筒状空洞（１０１ａ）の内部において、第１位置と第２位置との間をスライド可能に搭載された円筒形本体を有するバルブエレメント（１０５）であって、第１位置では、前記部分（１０５ａ）が前記弁座（１０４）と接触して、前記吸入開口（１０２）と前記排出開口（１０６）との連通を阻止し、第２位置では、前記部分（１０５ａ）が前記弁座（１０４）から離れて、前記吸入開口（１０２）と前記排出開口（１０６）との連通を確立するようにしたバルブエレメント（１０５）と、
   ・バルブエレメント（１０５）を前記第１位置および前記第２位置の一方に向けて戻すためのバネ手段（１０７）と、バルブエレメント（１０５）を他方の位置に向けて移動するように作動可能な電磁石と、
   ・バルブの本体（１０１）に搭載されたソレノイド（１１１）を含む前記電磁石と、ソレノイドによって制御され、バルブエレメント（１０５）と連動する可動アンカー（１１２）と、を備えるソレノイドバルブであって、
   ・該バルブエレメント（１０５）の本体は、その外表面において、略円錐形状で互いに対向する円錐形を持つ第１および第２の表面部分（Ｃ１、Ｃ２）を有し、両方の表面部分は前記吸入開口から伝達される圧力に曝されており、それによってバルブエレメント（１０５）は流体圧的にバランスがとれており、即ち、前記ソレノイドおよび前記弾性手段（１０７）の動作に影響されるだけであり、
   ・前記バルブエレメント（１０５）の本体は、封止リングを使用することなく、前記バルブ本体の円筒形空洞（１０１ａ）の内部にスライド可能に直接搭載されており、
   ・バルブエレメント（１０５）本体の前記第１および第２の表面部分は、バルブエレメント（１０５）本体の円筒形外表面に形成された円周溝の、軸方向の対向端部によって規定され、前記円錐表面部の一方（Ｃ１）は、弁座（１０４）と共に動作するバルブエレメント（１０５）の前記部分を構成し、他方の円錐表面部（Ｃ２）は、弁座（１０４）を規定する前記環状エッジの直径とほぼ一致する外径を有することを特徴とする、ソレノイドバルブ。
9. 前記バネ手段（１０７）は、バルブエレメント（１０５）を、その通常開放位置に向けて押すことを特徴とする請求項８記載のソレノイドバルブ。
10. 前記電磁石の可動アンカー（１１２）には、バルブエレメント（１０５）から分離して、前記バネ手段（１０７）の動作に抗してバルブエレメント（１０５）を閉鎖位置に押すための推進エレメント（１１３）が設けられることを特徴とする請求項９記載のソレノイドバルブ。
11. 前記バルブエレメント（１０５）は、前記可動アンカー（１１２）と剛性接続され、
    前記可動アンカー（１１２）は、その前部で前記ソレノイド（１１１）の端部に面する円盤形状であることを特徴とする請求項９記載のソレノイドバルブ。
12. 前記バネ手段（１０７）は、バルブエレメント（１０５）をその閉鎖位置に向けて押しており、
    前記バルブエレメント（１０５）は、前記可動アンカー（１１２）と剛性接続され、
    前記可動アンカー（１１２）は、その前部で前記ソレノイド（１１１）の端部に面する円盤形状であることを特徴とする請求項８記載のソレノイドバルブ。
13. 前記弁座（１０４）は、バルブ本体（１０１）と剛性接続したリング（１０３）に設けられ、前記リングは硬質材料によって形成され、前記本体（１０１）は高透磁率材料によって形成されることを特徴とする請求項８記載のソレノイドバルブ。
14. 前記リング（１０３）は、圧力嵌めまたは溶接によってバルブ本体（１０１）と剛性接続され、
    リング（１０３）およびバルブ本体（１０１）のアセンブリは、弁座（１０４）と、バルブエレメントがスライド可能に搭載されたバルブ本体の内部表面（１０１ａ）との間の同心性を確保するように同時に研磨されていることを特徴とする請求項１３記載のソレノイドバルブ。

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